一種新型的高樁碼頭伸縮縫結(jié)構(gòu)設計

徐小梅　張敏　陳國良

摘要：本文針對現(xiàn)有伸縮縫構(gòu)造技術的不足，提出一種控制高樁碼頭分段橫向相對位移的伸縮縫結(jié)構(gòu)。這種新型結(jié)構(gòu)形式構(gòu)造簡單、施工方便，適應結(jié)構(gòu)變形能力較強，能夠很好地應用于碼頭伸縮縫的設置。

關鍵詞：高樁碼頭；橫向相對位移；伸縮縫

中圖分類號：U655.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）03-0044-03

為了降低高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)遭受溫差時的溫度應力，減小結(jié)構(gòu)的破損，一般將高樁碼頭的上部結(jié)構(gòu)分成若干結(jié)構(gòu)段，結(jié)構(gòu)段與結(jié)構(gòu)段之間設置伸縮縫，使相鄰結(jié)構(gòu)段之間可以產(chǎn)生相對變位，用來釋放溫度應力。目前常用的變形縫一般有兩種形式：懸臂梁板式和簡支梁板式。懸臂梁板式存在跨度小、橫向排架數(shù)量多、施工不便的缺點，簡支梁板式存在支座構(gòu)造復雜、橫向抗側(cè)移能力較差的缺點。因此本文提出一種新型的伸縮縫結(jié)構(gòu)型式，可以更好的控制碼頭的相對位移。

1碼頭伸縮縫現(xiàn)狀

為了降低高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)遭受溫差時的溫度應力，減小結(jié)構(gòu)的破損，一般將高樁碼頭的上部結(jié)構(gòu)分成若干結(jié)構(gòu)段，結(jié)構(gòu)段與結(jié)構(gòu)段之間設置伸縮縫，使相鄰結(jié)構(gòu)段之間可以產(chǎn)生相對變位，用來釋放溫度應力。

目前常用的變形縫一般有兩種形式：懸臂梁板式和簡支梁板式。懸臂梁板式伸縮縫把結(jié)構(gòu)分段的兩端做成懸臂式結(jié)構(gòu)，為了防止相鄰兩段在懸臂端的水平位移不一致，造成軌道錯牙，變形縫在平面上做成凹凸型。此種變形縫的優(yōu)點是對不均勻沉降的適應性強；缺點是設變形縫的一跨跨度小，增加了橫向排架的數(shù)量，而且懸臂部分一般需采用現(xiàn)澆，施工不便。簡支梁板式是在兩個結(jié)構(gòu)分段之間設置簡支跨，在簡支梁的兩端設置變形縫。這種結(jié)構(gòu)必須采取適當措施以保證簡支梁的梁端能自由滑動和轉(zhuǎn)動。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，橫向排架數(shù)量少；缺點是簡支結(jié)構(gòu)的支座構(gòu)造復雜，橫向抗側(cè)移能力較差。

盡管懸臂式和簡支式伸縮縫結(jié)構(gòu)均有各自的構(gòu)造形式及相應的特點，然而，這兩種常規(guī)的伸縮縫結(jié)構(gòu)形式都存在一些不可回避的缺陷。在實際應用中，常常出現(xiàn)預留伸縮縫不能滿足結(jié)構(gòu)變形的情況，致使伸縮縫處產(chǎn)生了不同程度的開裂和擠碎，甚至發(fā)生門機軌擠彎的情況，影響了碼頭的正常運行。

為了提高碼頭的正常使用壽命，減少日常維護費用，針對現(xiàn)有伸縮縫構(gòu)造技術的不足，本文提出一種控制高樁碼頭分段橫向相對位移的伸縮縫結(jié)構(gòu)。這種新型結(jié)構(gòu)形式構(gòu)造簡單、施工方便，適應結(jié)構(gòu)變形能力較強，能夠很好地應用于碼頭伸縮縫的設置。

2新型伸縮縫設計與構(gòu)造

本文提出的新型結(jié)構(gòu)伸縮縫結(jié)構(gòu)方案綜合了常規(guī)的簡支式與懸臂式伸縮縫的構(gòu)造特點，直接將縱梁擱置在下橫梁的預留U形槽內(nèi)，阻止了縱梁過大的側(cè)向位移，提高其抗側(cè)移能力，通過一些構(gòu)造措施保證縱梁穩(wěn)定可靠及自由伸縮，消除了簡支式伸縮縫抗側(cè)移能力差的缺點。同時，設置伸縮縫的跨度與其余跨度一致，碼頭縱向布置更加均勻，從而避免了懸臂式伸縮縫懸臂跨度小、排架數(shù)量多的缺陷。

這種新型高樁碼頭分段的伸縮縫主要由倒T型橫梁、縱梁、面板、密封帶以及彈塑性填充層組成，整個結(jié)構(gòu)相對倒T型橫梁中心線對稱設置。其中，倒T型橫梁包括下橫梁和上橫梁，面板包括預制面板和現(xiàn)澆面板兩層。新型伸縮縫的構(gòu)造示意圖見圖1-1所示。

在此構(gòu)造中，下橫梁采用預制構(gòu)件，上橫梁為現(xiàn)澆構(gòu)件。為了保證橫梁的受力要求，并能夠較好地約束縱梁的橫向位移，在倒T型梁下橫梁上的縱梁擱置處設置u型槽，且伸縮縫處下橫梁凈高度（即U型槽底面至T型梁底面的距離）與其余跨下橫梁的截面高度相同。換句話說，在縱梁擱置處兩側(cè)設置類似于牛腿的堵頭，或是在縱梁擱置處外沿下橫梁長度均設置等高的混凝土堵頭，前者稱之為間斷式堵頭（圖2-2（a）），后者成為連續(xù)型堵頭（圖2-2（b）），堵頭高度即為u型槽深度。同時，為了保證縱梁的溫度膨脹變形，需要在縱橫梁之間留有一定間距，故此處下橫梁的寬度應比其余跨的下橫梁寬，其具體寬度要根據(jù)預留縫隙的值、縱梁的擱置寬度以及縱梁的溫度變形值確定。此處的連接構(gòu)造見圖2-3所示。

2.1U型槽堵頭設計

U型槽堵頭采用圖5-2（a）所示的間斷式時，其設計方法類似牛腿設計。牛腿按承受的豎向荷載合力作用點至牛腿根部柱邊緣水平距離a的不同分為兩類：a>h₀時為長牛腿，按懸臂梁進行設計：a≤h₀時為短牛腿，按一變截面懸臂深梁設計。此處，h₀為牛腿根部的有效高度。

U型槽堵頭采用圖5-2（b）所示的連續(xù)型堵頭時，需要保證堵頭受側(cè)向力時的局部受壓能力。若滿足局部受壓要求，則不需配置間接；若不滿足，則要配置鋼筋網(wǎng)片或螺旋箍等間接鋼筋，并進行驗算。

2.2T型橫梁的設計

T型橫梁作為重要的受力構(gòu)件，不僅要承受橫向水平力，而且承受縱梁以及面板傳來的豎向力。T型橫梁一般通過彈性支撐梁法進行計算，在此簡化體系中，下部基樁被視為上部橫梁的彈性支撐。依據(jù)這種方法將橫梁所受的彎矩、剪力等內(nèi)力確定后，通過T型混凝土梁的正截面受彎和斜截面受剪進行配筋設計。

2.3縱橫梁支座選型

前文提出的新型伸縮縫結(jié)構(gòu)形式是針對倒T型橫梁形式，但是這一設計思路同樣適用于矩形和花籃形橫梁形式，只是將u型槽設置在樁帽上，其余均相同。

為了保證變形縫處縱梁能夠自由伸縮變形，必須合理設置支座。參照當前橋梁工程中應用的支座類型，可以選擇一些適用于碼頭上部結(jié)構(gòu)縱橫梁的支座形式。當前，橋梁工程中的支座類型有以下幾種：①鋼支座；②混凝土支座（混凝土鉸支座）。③鉛支座，由硬鉛構(gòu)成傳力部分的支座形式。④聚四氟乙烯支座（滑動支座）。⑤橡膠支座。對于本章新型伸縮縫體系中縱橫梁之間的支座類型。這幾種支座類型均能有所應用。對于處于腐蝕嚴重的海洋港工環(huán)境下的碼頭結(jié)構(gòu)，耐久性能好是選擇支座的必須條件，同時構(gòu)造要力求簡單。因此，采用上述的四氟乙烯滑板支座和橡膠支座均有很大的優(yōu)勢。支座可根據(jù)《公路混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》進行詳細設計和計算。

2.4U型槽構(gòu)造

在此伸縮縫連接構(gòu)造中，U型槽是一個關鍵部位，其可靠性與耐久性關系到整個結(jié)構(gòu)的正常使用及安全。U型槽的長度取為上橫梁邊緣至同側(cè)下橫梁邊緣的距離，寬度略寬于縱梁寬度，深度則需能夠約束縱梁的側(cè)向位移，有足夠的側(cè)向剛度，一般需高出縱梁支座取20-30 cm左右。

縱梁或面板側(cè)向受到較大的水平力時，縱梁則會產(chǎn)生一定的側(cè)移，縱梁側(cè)面將與橫梁接觸而受到縱梁傳來的水平力，那么在U型槽側(cè)面和縱梁側(cè)面預埋等高的鋼板則會保證兩者接觸時混凝土不受損傷，提高其耐久性。也就是說，在u型槽側(cè)邊和縱梁側(cè)面與U型槽接觸部位均預埋鋼板保護混凝土不受損傷，也可采用型鋼代替鋼板，如槽鋼或是角鋼等，但要保證預埋件在這些部位均連續(xù)布置。

2.5頂部密封帶構(gòu)造

如圖5-1所示，在上橫梁頂部封蓋密封帶，防止水分和外部侵蝕物質(zhì)滲入預留的縫隙中，起到一定防護作用。密封帶可以選擇橡膠帶或其它具有良好變形性能的材料，其外部形式采用實心凹型，凹進尺寸與上橫梁一致，便于很好地固定在上橫梁頂部而不易移位。通過利用橡膠良好的壓縮及回彈性能，有效提高結(jié)構(gòu)適應變形的能力。

密封帶應在縱橫梁及預制面板布置完成后沿上橫梁全長鋪裝。首先將與密封帶接觸的混凝土部分清除干凈，上橫梁表面整平，保證表面整潔無污，而后將密封帶的兩側(cè)凹形堵頭嵌入上橫梁與縱梁間的縫隙內(nèi)，并保證橡膠帶與面板、上橫梁緊密連接。密封橡膠帶的頂面厚度以能夠連接兩端凹形堵頭為宜，不宜太厚，防止造成面層下沉。

2.6彈塑性層的選型與實施

為了確保路面平整無縫隙，在行車時不致產(chǎn)生沖擊、振動等，有良好的舒適性，本新型伸縮縫結(jié)構(gòu)采用無縫連接伸縮縫構(gòu)造。如圖5-1所示，在密封帶頂部鋪裝一層具有良好變形能力和承載能力的彈塑性體，能夠很好地適應溫度膨脹變形，并能承受碼頭面上過往車輛的輪壓。

伸縮縫的無縫連接應具備幾項基本性能：

2.6.1防止縫料外溢

在氣溫較高時混凝土板會產(chǎn)生膨脹變形，若填縫材料本身壓縮性能和熱穩(wěn)定性差，則會發(fā)生流淌并從連接縫中溢出，同時在車輪的碾壓下，外溢出的填縫料壓粘在縫的兩側(cè)，影響碼頭表面的平整和面容；

2.6.2防止雜質(zhì)嵌入

若所采用的填縫料抗嵌入能力差，則雜質(zhì)容易嵌入縫內(nèi)，從而會導致接縫脹縮性能減弱甚至喪失，使板面產(chǎn)生拱脹和斷裂。

對于水泥路面，分割縫的填縫材料經(jīng)歷了最初的焦油，瀝青，PVC膠泥，預制膠條，改性瀝青，氯丁橡膠，焦油聚氨酯，聚氨酯，改性聚氨酯，有機硅，聚硫橡膠以及許多性質(zhì)優(yōu)良的高分子材料等。但對于伸縮縫，其寬度比水泥路面的分割縫寬，因此有必要在一些彈塑性體中添加一些能夠承受外部荷載的骨料，如石子等。基于此，本伸縮縫選擇近年來開發(fā)應用的TST碎石彈塑性體作為填縫材料。TST碎石彈塑性體是指將特制的彈塑性復合材料TST加熱熔融后，灌人經(jīng)過清洗加熱的碎石中，即形成了TST碎石彈性伸縮縫。

3新型伸縮縫結(jié)構(gòu)優(yōu)勢及應用前景

采用這種新型伸縮縫構(gòu)造形式能夠很好地適應各種工況，與傳統(tǒng)的分縫形式相比具有明顯的優(yōu)勢，從而使伸縮縫施工簡便、性能可靠，很好地滿足變形及設計要求。

與簡支梁板式結(jié)構(gòu)相比，這種橡膠式伸縮縫結(jié)構(gòu)相對于橫梁中心對稱設置，不再需要為設置伸縮縫而減小跨度，相應地減少了橫向排架的數(shù)量，縮短工期，節(jié)約成本。其次，本伸縮縫將縱梁下端擱置于下橫梁u型槽內(nèi)，可以阻止碼頭水平方向的位移不一致，并提高其抗側(cè)移剛度。與傳統(tǒng)的凹凸縫結(jié)構(gòu)形式相比，解決了傳統(tǒng)凹凸縫伸縮縫制作、安裝困難的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，不易損壞等良好性能。

此類新型伸縮縫結(jié)構(gòu)中的縱橫梁支座傳力可靠，有利于結(jié)構(gòu)自由伸縮。在橫梁頂部全長設置橡膠密封帶，大大增強了結(jié)構(gòu)承受變形的能力。此外，在橡膠帶上填充TST碎石彈塑性體，與前后碼頭面鋪裝形成連續(xù)體，形成平整無縫的碼頭路面，行車時不致產(chǎn)生沖擊、振動等，舒適洼較好。TST碎石彈塑性填充層具有良好的防水性能，能夠有效防止縱橫梁支座受到雨水浸泡或侵蝕而影響其使用壽命。TST彈塑性體良好的變形性能能夠很好地適應各個方向的變形，不致出現(xiàn)裂縫等影響結(jié)構(gòu)耐久性的缺陷，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少維護費用。

4小結(jié)

本文提出了新型伸縮縫構(gòu)造形式，融合了簡支式和懸臂式兩種伸縮縫結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，又避免了它們各自的缺點。這種構(gòu)造形式不但結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，而且承受變形能力非常強，不易損壞，可以普遍應用于高樁碼頭伸縮縫設計。